JP2008172307A - 固体撮像装置とその製造方法 - Google Patents

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文一 原園
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Abstract

【課題】黒点映像不良の原因となるバリの受光面への脱落を防ぐとともに、生産性が向上する固体撮像装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の固体撮像装置は、第1の開口部が設けられた第1の基板と、前記第1の開口部よりも小さい第2の開口部が設けられた第2の基板と、固体撮像素子と、前記固体撮像素子の受光部に入射する光信号を調整する光学系部材とを備え、前記第1の基板と前記第2の基板とは、前記第1の開口部と前記第2の開口部とが重なるとともに、前記第1の開口部の内側に第2の基板の開口部が露出するように積層されており、前記第1の基板が積層された側の第2の基板面上であって、第1の基板の開口部の内側から露出している部分に、前記光学系部材が載置されるとともに、前記第1の開口部が覆われる位置に前記固体撮像素子が搭載され、前記固体撮像素子と前記光学系部材とが一体に樹脂封止されているものである。
【選択図】図1

Description

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に係り、特に、監視カメラ、医療用カメラ、車載用カメラ、情報通信端末用カメラなどの固体撮像素子を用いて形成される小型の固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。
近年、固体撮像素子を用いる固体撮像装置は、小型化、高性能化が進むに伴い、カメラも小型化され、各方面で使用されてきており、映像の入力装置としての市場を広げている。
固体撮像装置は、レンズ、固体撮像素子、その駆動回路および信号処理回路などを搭載したLSI等の部品を夫々筐体あるいは構造体に形成して、これらを組み合わせて構成される。このような組み合わせによる実装構造は、従来、平板上に各素子を搭載することによって形成されている。
これに対して、装置の更なる小型化を図るため、樹脂製の立体プリント基板が提案されている(特許文献1参照)。
図7は、従来の立体プリント基板を用いた固体撮像装置の外観斜視図である。図8は、図7中のA−A線断面図である。図7、図8に示すように、従来の樹脂製の立体プリント基板101は、矩形台状の脚部101aとその上に形成された胴部101bとからなり、立体プリント基板101の中央部には、脚部101aと胴部101bとを貫通する貫通開口部101cが形成されている。
また、立体プリント基板101は、脚部101aの裏面側にプリント配線パターン110が形成されるとともに、胴部101bの内周には、レンズ102が嵌めこまれている。また、立体プリント基板101は、光軸109を中心にして、貫通開口部101cのうち胴部101b側の開口端部に設けられた段差部101dに光学フィルタ103が配置され、段差部101dが設けられた開口端部と反対側の開口面上に、固体撮像素子104が配置されている。また、レンズ102に入り込む光量を調節する絞り部材105が胴部101bの内側に嵌め込まれている。
固体撮像素子104は、表面に形成されたバンプ104aを介して脚部101aに形成されたプリント配線パターン110に接続し、封止樹脂107で封止されることによって立体プリント基板101に固定されている。
また、立体プリント基板101のプリント配線パターン110は、ソルダペースト111等を用いて、携帯電話、パソコン等の各種機器のメイン基板108に電気的に接続している。
次に、図9、図10、図11に従来の固体撮像装置の組み立て工程図を示す。実装に際して、まず、プリント配線パターン110が形成した立体プリント基板101を成形する(図9(a))。そして、貫通開口部101cのうちレンズ設置側の開口端部周辺に設けられた段差部101d上に接着材113を塗布する(図9(b))。その後、接着材113上に、貫通開口部101cを塞ぐように光学フィルタ103を載置して、接着剤を硬化させる(図9(c))。
次に、固体撮像素子104を装着する工程を行うため、立体プリント基板101を反転させる(図9(d))。そして、プリント配線パターン110上に、プリント配線パターン110とバンプ104aとが接触する位置であって固体撮像素子104が貫通開口部101cを覆う位置に固体撮像素子104を載置する(図10(a))。
この後、固体撮像素子104と立体プリント基板101の隙間に封止樹脂107を、光を照射しながら注入する(図10(b))。このとき、封止樹脂107は、照射された光が届く範囲で硬化する。図10(b)中の107aは、光照射により硬化した封止樹脂硬化部を示している。さらに、この後、封止樹脂107の残りの部分を熱硬化させて、固体撮像素子104の装着工程が終了する(図10(c))。107bは、封止樹脂の熱硬化部を示している。
次に、レンズを搭載する工程を行うために再び、立体プリント基板101を反転させる(図10(d))。そして、立体プリント基板101の胴部101bの内周にレンズ102を嵌め込む(図11(a))。その後、レンズの上にドーナツ形状の絞り部材105を更に嵌め込む(図11(b))。次に、絞り部材105を嵌め込んだ後、絞り部材105と胴体101bの境界部付近に接着剤105aを塗布する(図11(c))。最後に、接着材105aを硬化させて、固体撮像装置100の組み立て工程が完了する。
このように、特許文献1には、立体プリント基板を用いることで、小型化した固体撮像装置を製造することができる旨が記載されている。
特開2001−245186号公報
しかしながら、上述の立体プリント基板101は、構造絶縁性のポリフタルアミド樹脂等を金型成型して形成されるものであり、貫通開口部101cの端部や段差部101d等の端部にバリが発生してしまうことがあった。この場合、上述の固体撮像装置は、立体プリント基板101の貫通開口部101cの壁面や端部が固体撮像素子104の受光面104bに対して露出しているため、組み立て工程が完了した後であっても何らかの衝撃等により、貫通開口部101cの壁面や端部から発生したバリが固体撮像素子104の受光面104b上に脱落して、黒点映像不良の原因となることがあった。
また、上述の立体プリント基板101を用いる固体撮像装置は、固体撮像素子104と光学フィルタ103とを、互いに反対側の開口端部に装着する構成である。そのため、製造工程において、固体撮像素子104と光学フィルタ103のいずれか一方を装着する工程が終了した後、もう一方を装着する工程を行う前に、立体プリント基板101の上下を反転させる工程が必要となってしまい、製造工程が長く生産性が低いものであった。
また、上述の立体プリント基板101のように段差部を有する立体的形状の基板は、通常は金型成形で製造するものであり、微細な設計変更が必要となった場合であっても、その度に金型から再設計する必要があり生産性が低いものであった。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、黒点映像不良の原因となるバリの受光面への脱落を防ぐとともに、生産性が向上する固体撮像装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の固体撮像装置は、第1の開口部が設けられた第1の基板と、前記第1の開口部よりも小さい第2の開口部が設けられた第2の基板と、光信号を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の受光部に入射する光信号を調整する光学系部材とを備え、前記第1の基板と前記第2の基板とは、前記第1の開口部と前記第2の開口部とが重なるとともに、前記第1の開口部の内側に第2の基板の開口部が露出するように積層されており、前記第1の基板が積層された側の第2の基板面上であって、第1の基板の開口部の内側から露出している部分に、前記光学系部材が載置されるとともに、前記第2の基板が積層されていない側の第1の基板面上であって、前記第1の開口部が覆われる位置に前記固体撮像素子が搭載され、前記固体撮像素子と前記光学系部材とが一体に樹脂封止されている。
この構成により、従来のように固体撮像素子と光学系部材とが立体基板を挟み込む形式で装着されるのではなく、第1の基板と第2の基板で構成された構造体の一方の側に固体撮像素子と光学系部材とが装着され、一体に樹脂封止されるので、開口部の内壁や端部は光学系部材や封止樹脂で覆われ、固体撮像素子の受光面に露出しない。よって、黒点映像不良の原因となるバリの受光面への脱落を防ぐことができる。
本発明の固体撮像装置は、前記光学系部材を光学フィルタとしても良く、また、赤外線カット機能を有するレンズとしても良い。
この構成により、赤外線カット機能を有する光学フィルタをレンズと一体に形成することで、部品点数を削減することができる。
また、本発明の固体撮像装置は、前記第2の開口部は、前記固体撮像素子の受光面に入る光量を調節する絞り部が形成されているものとしても良い。
この構成により、従来の立体基板のように絞り部材を嵌め込む胴部を設けなくて良いので、装置全体の形状を小型・薄型化することができる。また、絞り部を構造体成形工程で形成しておくことで、後から絞り部材を装着する工程を省略することができる。
また、本発明の固体撮像装置は、前記第1の基板が、ガラスエポキシ材料からなるフレキシブル基板であるものとしても良い。
この構成により、既存の基板に対して特殊(複雑)な加工ではなく開口部を設ける加工のみで、光学系部材を装着する段差構造を形成することができるので生産性が向上する。
また、本発明の固体撮像装置は、前記第2の基板が金属板で形成されているものとしても良い。
この構成により、第2の基板はシールド機能を兼ねることができる。
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、光信号を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の受光部に入射する光信号を調整する光学系部材とを備える固体撮像装置の製造方法であって、第1の開口部が設けられた第1の基板と、前記第1の開口部よりも小さい第2の開口部が設けられた第2の基板とを、前記第1の開口部と前記第2の開口部とが重なるとともに、前記第1の開口部の内側に第2の基板の開口部が露出するように積層させて構造体を成形する構造体成形工程と、前記第1の基板が積層された側の第2の基板面上であって、第1の基板の開口部の内側に露出している部分に、前記光学系部材を載置する光学系部材装着工程と、前記第2の基板が積層されていない側の第1の基板面上であって、前記第1の開口部を覆うように前記固体撮像素子を装着する固体撮像素子装着工程と、前記固体撮像素子と前記光学系部材とを一体に樹脂封止する樹脂封止工程とを含むものである。
この工程により、光学系部材を載置する段差形状を有する構造体を、第1の基板と第2の基板との貼り合わせにより製造するので簡易な加工で済む。また、光学系部材と固体撮像素子とが、構造体の同一面上に配置されるものであるので、各部材を構造体に装着するのに、構造体の上下を反転させる工程を行わずに一連の工程で行うことができる。すなわち、反転工程を省略することができる。また、各部材を接着する工程も樹脂封止により一度で済み、従来の製造方法に比べて生産性が向上する。
本発明によれば、黒点映像不良の原因となるバリの受光面への脱落を防ぐとともに、生産性が向上する固体撮像装置およびその製造方法を提供することができる。
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1の固体撮像装置の分解斜視図である。図2は、図1中のA−A線断面図である。図3、図4は、本実施の形態1の固体撮像装置の組み立て工程を説明する図である。
図1、図2に示すように、本実施の形態1の固体撮像装置10は、略正方形状の第1の基板21と第2の基板11とにより構成される構造体31に、レンズ12と固体撮像素子13とが装着されて構成されるものである。
第1の基板21は、ガラスエポキシ材料からなるフレキシブル基板であり、第2の基板11と略同形状の正方形状である。また、第1の基板21には、中央部に略円形状の第1の開口部21aが形成されている。この第1の開口部21aは、後述するレンズ12が嵌る大きさに設計されている。また、第1の基板21には、第2の基板11と積層しない側の面に、固体撮像素子13と接続する配線部21bが形成されている。
第2の基板11は、金属材料からなる基板であり、第1の基板21と略同形状の正方形状である。また、第2の基板11には、中央部に略円形の開口部11aが形成されている。第2の開口部11aの大きさ(広さ)は、第1の開口部21aと比べて小さいものである。すなわち、第2の開口部11aの大きさは、第1の開口部21aの内側に第2の開口部11aが収まる程度の大きさであるとともに、固体撮像素子13の受光部13bに十分な光量が届く程度の大きさである。また、第2の開口部11aの外周縁部には、レンズ12に入り込む光量を調節する絞り部11bが形成されている。
構造体31は、上述の第1の基板21と第2の基板11とが貼り合わせて形成されているものである。貼り合わせの際には、第1の開口部21aと第2の開口部11aの中心部が一致するように両基板は積層されている。この構成により、構造体31は、第1の開口部21aの内側に第2の開口部11a全体が露出し、さらに、各開口部の大きさの差分だけ、第2の開口部の周辺部11c(露出部11c)が露出している。この第2の基板の露出部11cと第1の開口部21aの内壁とで構成される段差構造に、レンズ12が嵌め込まれている。
レンズ12は、例えば、中央部が縁部より厚い凸形のレンズであって、開口部を通過して入射してくる光を固体撮像素子13の受光面13bに導くものであり、レンズの縁部が第2の開口部の周辺の露出部11cに載置されている。
また、このレンズ12は、赤外線除去機能を有する材料で凸レンズ形状に形成されたもので、表面に真空蒸着等のコーティング方法により反射防止膜が施されている。
固体撮像素子13は、半導体素子の製造技術を用いて集積回路化された光電変換素子であって、光を検出して電荷を発生させるフォトダイオードが配列されたものであり、バンプ13aを介して配線部21bの一部に装着され電気的に接続している。
上述のように、レンズ12は、第2の基板の露出部11cと第1の開口部21aの内壁とで構成される段差構造に装着されている。また、固体撮像素子13は、その受光面13bが、レンズ12から所定間隔だけ離れるとともにレンズ12を、レンズ12が装着された側と同一面側から覆うように装着されている。さらに、レンズ12と固体撮像素子13は、樹脂封止体14により一体成形されている。このようにして、固体撮像素子13の受光面13bは、レンズ12と樹脂封止体14とにより形成される密封空間に包囲されている。
このように、本実施の形態1の固体撮像装置10は、固体撮像素子13の受光面13bが構造体31の開口部の内壁面に露出していないので、黒点映像不良の原因となるバリの受光面への脱落を防ぐことができる。
また、従来の立体基板のように絞り部材やレンズを嵌め込む胴部を設けなくて良いので、立体形状の構造体を小型・薄型化することができる。また、赤外線カット機能や反射防止機能等をレンズに持たせることで、光学フィルタを省略しているので、部品点数を削減することができる。
次に、この固体撮像装置10の製造方法について説明する。
(構造体成形工程)
図3(a)、図3(b)に示すように、この工程では、第2の基板11と第1の基板21とを接着材等により貼り合せて構造体31を形成する。貼り合わせの際、第1の開口部21aと第2の開口部11aの中心部が一致するように両基板を積層する。また、貼りあわせの際、第1の基板21の配線部21bが形成されていない側の面が、第2の基板21と貼りつく側の面となる。
このようにして形成された構造体31は、第1の開口部21aの内側に第2の開口部11a全体が露出している。すなわち、各開口部の大きさの差分だけ、第2の開口部の周辺部11c(露出部11c)が露出している。また、この第2の基板の露出部11cと第1の開口部21aの内壁とにより、後にレンズを嵌め込む段差構造が形成されている。
(レンズ装着工程)
この工程では、図3(c)に示すように、構造体31の段差構造上にレンズ12を嵌め込む。レンズ12が嵌め込まれた結果、構造体31の開口部は塞がれた状態となる。
(固体撮像素子装着工程)
続いて、図4(a)に示すように、構造体31の配線部21bが形成されている側の面上に、固体撮像素子13の受光部13bの中心に光軸が通るように、固体撮像素子13を装着する。ここで、固体撮像素子13の接続電極であるバンプ13aは、配線部21bの所定位置に熱圧着によって接続される。
(樹脂封止工程)
そして、図4(b)、図4(c)に示すように、固体撮像素子13と構造体31の隙間に封止樹脂14を、光を照射しながら注入する(図4(b))。このとき、構造体31の開口部の固体撮像素子13の装着されていない側から、光を照射し、封止樹脂14を照射された光が届く範囲で硬化させる。さらに、この後、封止樹脂14を熱硬化させて、レンズ12と固体撮像素子13とを樹脂封止体14により一体に被覆する(図4(c))。このようにして、本実施の形態1の固体撮像装置10は製造される。
以上のように、本実施の形態1の固体撮像装置10の製造方法は、レンズ12と固体撮像素子13とが、構造体31の同一面側に装着されるものであるので、各部材を構造体31に装着するのに、構造体31の上下を反転させる工程を行わずに一連の工程で行うことができる。すなわち、反転工程を省略することができる。
また、各部材を接着する工程も樹脂封止により一度で済む。また、絞り部を構造体成形工程で形成しておくことで、後から絞り部材を装着する工程を省略することができる。
このように、本実施の形態1の固体撮像装置10の製造方法は、従来の反転工程や絞り部材を嵌め込む工程を省略することができるので、従来の製造方法に比べて生産性が向上するものである。
なお、第2の基板11に絞り部11bを形成せずに、別部材として絞り部材を嵌め込む構造としても良い。
(実施の形態2)
図5は、本実施の形態2の固体撮像装置50の要部断面図である。なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
本実施の形態2の固体撮像装置50が実施の形態1の固体撮像装置10と異なる点は、レンズ64と光学フィルタ63が別部材であり、第2の基板51にレンズ嵌込部51aが設けられている点である。
すなわち、構造体61は、レンズ嵌込部51aを有する第2の基板51と第1の基板21とが貼り合わされて形成されたものである。第2の基板51には、絞り部は形成されておらず、レンズ64の縁部上に別部材として絞り部材62が嵌め込まれている。
また、レンズ64は、赤外線除去機能は有さない材料で形成されている。光学フィルタ63は、赤外線除去機能を果たすものである。
製造方法については、樹脂封止工程までは、レンズ12の代わりに光学フィルタ63を段差構造上に嵌め込む点を除いて実施の形態1の固体撮像装置10と同様である。樹脂封止工程の後は、レンズ嵌込部51aにレンズ64を嵌め込み、さらに絞り部材62を嵌め込み、接着剤等で接着して終了する。
上述のように、固体撮像装置50は、光学フィルタ63が、第2の基板の露出部と第1の開口部21aの内壁とで構成される段差構造に装着されている。また、固体撮像素子13は、その受光面13bが、光学フィルタ63から所定間隔だけ離れるとともに光学フィルタ63を、光学フィルタ63が装着された側と同一面側から覆うように装着されている。さらに、光学フィルタ63と固体撮像素子13は、樹脂封止体14により一体成形されている。このようにして、固体撮像素子13の受光面13bは、光学フィルタ63と樹脂封止体14とにより形成される密封空間に包囲されている。
このように、本実施の形態2の固体撮像装置50は、固体撮像素子13の受光面13bが構造体31の開口部の内壁面に露出していないので、黒点映像不良の原因となるバリの受光面への脱落を防ぐことができる。
(実施例)
図6は、本実施の形態1の固体撮像装置10の実施例を示すものである。なお、以下の説明では、上述した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図6に示す実施例は、上述の固体撮像装置10を携帯電話用のカメラモジュールに応用した場合の実施例である。カメラモジュール80は、固体撮像装置10の第1の基板21とフレキシブル基板71とが接続領域Sにおいて板間接合されており、固体撮像素子13から出力される電気信号がICチップ72側まで伝達する構成となっている。この電気信号は、さらに携帯電話のメイン基板へと伝達し処理される。
このカメラモジュール80は、この構成により、黒点映像不良の原因となるバリの受光面への脱落が予防されているので、製品品質が向上する。さらに、従来の立体基板のように絞り部材やレンズを嵌め込む胴部を設けなくて良いので、カメラモジュール全体の構造を小型・薄型化することができ、携帯電話の小型・薄型化に寄与するものである。
また、上述の固体撮像装置は、カメラとして、光通信分野に限定されることなく、CD、DVDなどの読み取り素子、複写機の読み取り素子、医療機器あるいはドアホンなど、種々の光学機器への適用が可能である。
本発明の固体撮像装置およびその製造方法は、黒点映像不良の原因となるバリの受光面への脱落を防ぐとともに、生産性が向上する固体撮像装置およびその製造方法として有用である。
本実施の形態1の固体撮像装置の分解斜視図 図1中のA―A線断面図 (a)本実施の形態1の固体撮像装置の構造体成形工程を説明する図、(b)本実施の形態1の固体撮像装置のレンズ装着工程を説明する図、(c)本実施の形態1の固体撮像装置の固体撮像素子装着工程を説明する図 (a)本実施の形態1の固体撮像装置の樹脂封止工程を説明する図、(b)本実施の形態1の固体撮像装置の樹脂封止工程を説明する図、(c)本実施の形態1の固体撮像装置の使用例を説明する図 本実施の形態2の固体撮像装置の要部断面図 実施例の携帯電話用のカメラモジュールの要部断面図 従来の固体撮像装置の外観斜視図 図7中のA−A線断面図 従来の固体撮像装置の組み立て工程を説明する図 従来の固体撮像装置の組み立て工程を説明する図 従来の固体撮像装置の組み立て工程を説明する図
符号の説明
10 固体撮像装置
11 第2の基板
11a 第2の開口部
11b 絞り部
11c 露出部
21 第1の基板
21a 第1の開口部
21b 配線部
12 レンズ
13 固体撮像素子
13a バンプ
13b 受光面
14 封止樹脂

Claims (7)

  1. 第1の開口部が設けられた第1の基板と、
    前記第1の開口部よりも小さい第2の開口部が設けられた第2の基板と、
    光信号を電気信号に変換する固体撮像素子と、
    前記固体撮像素子の受光部に入射する光信号を調整する光学系部材と
    を備え、
    前記第1の基板と前記第2の基板とは、前記第1の開口部と前記第2の開口部とが重なるとともに、前記第1の開口部の内側に第2の基板の開口部が露出するように積層されており、
    前記第1の基板が積層された側の第2の基板面上であって、第1の基板の開口部の内側から露出している部分に、前記光学系部材が載置されるとともに、
    前記第2の基板が積層されていない側の第1の基板面上であって、前記第1の開口部が覆われる位置に前記固体撮像素子が搭載され、
    前記固体撮像素子と前記光学系部材とが一体に樹脂封止されている固体撮像装置。
  2. 前記光学系部材は、光学フィルタである請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 前記光学系部材は、赤外線カット機能を有するレンズである請求項1に記載の固体撮像装置。
  4. 前記第2の開口部は、前記固体撮像素子の受光面に入る光量を調節する絞り部が形成されている請求項3に記載の固体撮像装置。
  5. 前記第1の基板は、ガラスエポキシ材料からなるフレキシブル基板である請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
  6. 前記第2の基板は、金属板で形成されている請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の固体撮像装置。
  7. 光信号を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の受光部に入射する光信号を調整する光学系部材とを備える固体撮像装置の製造方法であって、
    第1の開口部が設けられた第1の基板と、前記第1の開口部よりも小さい第2の開口部が設けられた第2の基板とを、前記第1の開口部と前記第2の開口部とが重なるとともに、前記第1の開口部の内側に第2の基板の開口部が露出するように積層させて構造体を成形する構造体成形工程と、
    前記第1の基板が積層された側の第2の基板面上であって、第1の基板の開口部の内側に露出している部分に、前記光学系部材を載置する光学系部材装着工程と、
    前記第2の基板が積層されていない側の第1の基板面上であって、前記第1の開口部を覆うように前記固体撮像素子を装着する固体撮像素子装着工程と、
    前記固体撮像素子と前記光学系部材とを一体に樹脂封止する樹脂封止工程と
    を含む固体撮像装置の製造方法。
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